基于遙感監測的環太湖地區土地格局變化及太湖水質變化分析

摘要：本文以江蘇省環太湖地區為研究區域，以1980～2005年時期為研究時段，對這一特定時空的土地利用結構變化及太湖水質進行研究。研究發現，在1980-1990年間，環太湖地區土地主要以耕地和林地為主，太湖水質開始受到人為干擾；1990-2005年間環太湖地區土地利用發生重大轉變，開始以建設用地為主，太湖水質也急劇惡化，說明受到人為因素干擾較為厲害。文章揭示了土地利用結構與經濟發展驅動因素、城市化因素、人口因素、政策因素和自然因素這五個因素有關。

關鍵詞：遙感 土地格局 水質 驅動力

0 引言

隨著工業化和城市化進程的加快， 我國城市人口和占地規模越來越大，使土地利用與土地覆被發生很大變化。土地利用與土地覆被變化(LUCC)是近幾年來研究的熱點問題[1-3]。環太湖地區是長江三角洲經濟最具實力和活力的地區之一。該地區經濟發達、人口眾多，由于經濟的迅猛發展和土地利用長期缺乏有效的調控，對該地區的生態環境造成嚴重傷害[4]。太湖是我國的第三大淡水湖泊，在我國水系中具有重要的環境、水文和生態意義。但是太湖的水環境問題尤其是富營養化問題十分嚴重，已經嚴重影響了水體的生態功能和使用功能[5]。本文通過收集1980、1990和2005年的太湖地區衛星遙感資料及太湖水質監測資料，分析了環太湖地區土地變化情況及其對太湖水質的影響，并揭示了經濟發展驅動因素、城市化因素、人口因素、政策因素和自然因素這五個因素與土地利用結構和水質變化的關系，為以后的太湖治理提供參考。

1 研究區域與數據獲取

1.1 研究區概括

太湖是我國長江中下游地區五大淡水湖之一，位于長江三角洲的南翼坦蕩的太湖平原上，水面面積2338km2，流域面積36500 km2，湖泊平均水深為1.89m，最大水深2.6m，是典型的淺水湖泊[6]。本研究的環太湖地區指位于太湖周邊的江蘇無錫、常州、蘇州和嘉興等地以及浙江的湖州等，面積為2.708×104km2，占國土面積的0.28%，總人口約2000萬左右，約占全國人口總數的1.59%，該地區是我國經濟發達和城市化程度較高的地區，尤其是最近20幾年，發展較為迅速。區內河網交織、湖塘棋布，自然條件優越，也很容易使得城市化發展影響到太湖水質。

1.2 數據獲取

本研究引用了張興榆等人[7]研究結果的1980、1990和2005年三個時期的遙感影像圖，該影像采用的數據來源為1980、1990及2005年三期Landsat TM影像（1980年數據為MSS，1990及2005年數據為TM）。通過對遙感影像進行預處理、輻射糾正和幾何糾正、圖像配準等工作，以土地利用方式和覆蓋特征為主要分類依據，將景觀類型分為耕地、水域、林地、草地、建設用地及未利用地等六大類。

太湖水質數據分別收集了全球水質監測系統太湖水質1980-1982年監測報告，GEMS/Water（全球環境監測系統）1993年的監測結果以及2005年太湖實際采樣監測結果，數據收集后，利用SPSS13.0對這些數據采取統計分析。

2 結果與分析

2.1 太湖土地利用變化

圖1為環太湖地區的土地利用變化情況，從圖中可以明顯的看出，在1980年時，環太湖地區主要以耕地和林地為主，城市建設用地只是集中于三個點處，即就是蘇州、無錫和常州三個市，環太湖地區主要以耕地和林地為主。

到1990年時，蘇州、無錫和常州三個市的建設用地有所擴大，而且出現了一條從常州到蘇州的紅色建設用地線，說明此時已經逐漸形成了以蘇州、無錫和常州為一線的經濟帶，同時在環太湖地區的其他地區，也開始較密集的分布建設用地“紅斑”，表明了此時環太湖地區的經濟在改革開放的十幾年中已經逐漸的開始由農業化向工業化、城市化轉變。而到2005年時，環太湖地區耕地和林地大面積減少，蘇州、無錫和常州為主的建設用地呈現為片狀分布，已經開始以建設用地為主。其中，1990-2005年間耕地面積的減少速率遠大于1980-1990時間段；草地面積在1980-1990年間減少的速率遠低于其在1990-2005年間的增長速率；建設用地面積繼續維持較快增長速率，1990-2005 年間建設用地增長的絕對數量遠大于 1980-1990年。

表1為環太湖地區1980-2005年間土地面積及變化情況，從表中可以看出，耕地、林地和水域面積表現為減少，尤其是耕地，而建設用地表現為急劇增加，說明在城市化進程中，大量的耕地和林地被占用為建設用地，水域的減少可能是由于圍湖造地所導致的，這對太湖地區的水生生態系統造成了破壞。

2.2 太湖水質變化

從上表中可以看出，太湖主要的監測物質從1980年到2006年里，一直呈現出上升趨勢，說明太湖在過去的20多年里，一直受到越來越強烈的人為干擾。太湖目前已經為富營養化湖泊，氮磷營養鹽被認為是富營養化發生的主要因素，通過表2中數據比較發現2006年的氨氮、硝酸鹽氮和磷酸鹽的含量分別為1980年的4.5倍、1.8倍和5.6倍，上升速度較為明顯，尤其是1993年以來，上升的趨勢更為明顯。除此之外，太湖的重金屬污染也不可忽視，鉛的含量在過去的20多年里更是增加了10多倍，而鎘則增加了4倍多，這主要是由于環太湖地區工業迅速發展，將大量的廢水排入太湖。

3 討論

3.1 太湖土地利用變化與太湖水質關系

隨著人為活動的加強，外源輸入對湖泊的影響日益嚴重，這種影響表現為外源為湖泊生物提供了營養物質，如N和P，并將一些持久性有機污染物和重金屬帶入湖泊等[12]，人為活動干擾越強烈的河流，帶入湖泊的外源污染物越多。

從圖1和表2可以看出，1980-1982年間，環太湖地區的土地利用主要以耕地和林地為主，此時的人類活動還不是很劇烈，但是太湖的污染物還是呈現上升趨勢，說明此時的太湖已經受到了人類活動的影響，而1993年到2006年間，土地利用格局發生迅速變化，而太湖污染也急劇增加。尤其是太湖的北部湖區，被公認為是太湖污染重災區，其中，竺山灣接納了常州市武進區和宜興市的污水，尤其是兩地交界的漕橋河，是太湖主要入湖河流之一。1993年后，土地主要以建設用地為主，建設用地很大一部分為工礦企業，這樣就使得漕橋河兩岸化工、印染企業密集，河水污染嚴重，從而使太湖污染尤其是重金屬污染迅速加重。1993年后，耕地的面積減少，但是營養鹽N和P的含量卻迅速升高，這可能是由于盡管耕地面積減少，但是大量的化肥使用，提高了農作物產量，同時也使得水土流失的過程中將過量的N和P帶入了太湖中，引起了太湖的富營養化。

3.2 太湖土地利用驅動力分析

土地利用格局的形成是一定地域內各種自然因素和社會因素共同作用的結果[8]。在較小尺度下(如環太湖地區)，土地利用變化主要由社會經濟等人文因素所造成[9]。在資源消耗型社會經濟增長模式下，人類社會經濟活動是影響區域土地資源利用的最活躍的因子[10]。一般的有自然因素經濟發展驅動因素、農業集約化因素、城市化因素、人口因素、政策因素這五個因素。

景觀變化的自然驅動因子主要是指在景觀發育過程中，對景觀形成起作用的正常自然因素。包括海洋動力條件、泥沙供給、動植物定居和土壤的發育情況等[11]，這些驅動因素在正常的情況下，對景觀的影響是長期的，但是在短時期內不是很明顯。如太湖地區，從1980到1990年間，人為活動不是很劇烈，但是自然因素對太湖地區的土地利用格局的影響也不是很明顯。

隨著環太湖地區經濟技術的進步和產業的不斷升級，迫切需要大量的土地來發展經濟。建設用地的擴展在耕地流失總量中仍占有絕對的比例，經濟發展對耕地數量變化的驅動作用十分顯著。耕地的大量流失是經濟快速發展地區面臨的一個普遍問題，表明經濟發展是耕地數量變化的最主要驅動力之一。在經濟發展的同時，城市化建設也相應的加快了步伐。當前衡量城市化水平的主要指標是非農人口占總人口的比重，這一過程必然會帶來人口和勞動力的轉移[4]。當城市人口逐漸增多，已經不能滿足人們的生活要求時，城市的擴建和郊區農村加入到城市化建設中就成了一個必然，這樣就使得建設用地擴張，而耕地開始減少。同樣的，農村人口的生活水平的提高，加上政策的指導，開始新農村建設，勢必使得農村也開始擴建。城鎮基礎設施的增加，人類經濟活動范圍的擴大，引致更大的土地需求，加劇了土地利用結構的變化。

除了經濟因素和城市化發展因素外，人口因素和政策因素也是重要驅動因素。人口是人類社會系統對土地利用結構變化最具活力的驅動因素之一，它一方面通過影響農產品需求量的變化間接地影響土地利用及其空間分布的變化；另一方面還會在一定程度上對土地利用產生直接的影響，人口數量的增加不僅會產生對食物、燃料等基本生活資料的增加，還會造成居住用地及基礎設施用地等需求的增加，隨之而來的是加大對土地資源的壓力，進而導致整個土地利用類型結構及其空間分布的變化。區域土地利用類型是在特定的經濟關系和政策影響下形成的。土地管理的政策、政府開發意識與投資政策等對土地利用方式都有很重要的影響，如蘇錫常經濟圈的建設，環太湖旅游風景區規劃等都會對太湖地區土地利用格局產生影響。

4 結語

研究對環太湖地區土地利用的結構及其對太湖水質的影響，對環太湖地區的經濟發展、社會進步以及太湖水體環境的保護有著重要的意義。利用遙感技術監測和評價太湖周邊的土地利用變化具有信息綜合能力強、信息獲取快速、省時省力等特點，能夠在較大范圍內對太湖水質長期的發展做出更為準確的判斷。

參考文獻：

[1]李秀彬.全球環境變化研究核心領域——土地利用/覆被變化的國際研究動向[J].地理學報，1996，51(6):553-557.

[2]陳百明，劉新衛，楊紅.LUCC研究的最新進展評述[J].地理科學進展，2003，22(1):22-29.

[3]劉新衛，陳百明，史學正. 國內LUCC研究進展綜述[J].土壤，2004，

36(2):132-135.

[4]李閩，孫在宏，楊素靜，等. 江蘇省環太湖地區土地利用結構演變與驅動力分析[J]. 地球信息科學，2008，10(2):136-141.

[5]張彥，張遠，于濤，等.太湖沉積物及孔隙水中氮的時空分布特征[J]. 環境科學研究，2011，23(11):1333-1343.

[6]孫順才，黃漪平.太湖[M].北京:海洋出版社，1993:1-21.

[7]張興榆，黃賢金，趙小風，等.我國環太湖地區近20年土地利用與景觀格局變化分析[J].2008年中國土地學會學術年會論文集.

[8]李宏，鄧良基，吳金濤.成都平原縣域景觀格局時空變異與驅動因子分析——以成都市雙流縣為例[J].資源科學，2005，27(2):147-153.

[9]仇恒佳，卞新民.環太湖景觀生態格局變化研究——以蘇州市吳中區為例[J].長江流域資源與環境，2006，15(1):81-85.

[10]程乾，吳秀菊.杭州西溪國家濕地公園1993年以來景觀演變及其驅動力分析[J].應用生態學報，2006，17(9):1677-1682.

[11]李加林，張忍順，王艷紅等.江蘇淤泥質海岸濕地景觀格局與景觀生態建設[J].地理與地理信息科學，2003，19(5):86-90.

[12]范成新，季江，隋桂容.太湖底泥蓄積和主要的理化性質空間分布特征.太湖環境生態研究[M].北京:氣象出版社，1998:55-61.